CN218957049U - 一种单秤高精度一体式称重显示控制器 - Google Patents

Abstract

一种单秤高精度一体式称重显示控制器，包括机壳，在机壳内设有主控板和内置继电器输出的IO板，在主控板内设有CPU处理模块，在CPU处理模块上连接有多个功能模块并进行信息参数采集处理和显示，所述多个功能模块包括显示操控模块、通讯模块、AD模块、开关量输出模块、开关量输入模块、基本电源模块和精密基准电源模块；所述通讯模块包括RS485通讯口和RS232通讯口，所述RS485通讯口用于CPU处理模块与上位机进行通讯连接，所述RS232通讯口用于CPU处理模块与显示操控模块进行通讯连接；所述AD模块用于采集称重传感器的信号并对此信号进行转换处理。

Description

一种单秤高精度一体式称重显示控制器

技术领域：

本实用新型涉及一种单秤高精度一体式称重显示控制器。

背景技术：

电子称重仪表也叫称重显示控制仪表，是将称重传感器信号转换为重量数字显示，并可对重量数据进行传输、储存、统计、打印的电子设备，常用于工农业生产中的自动化配料，称重，以提高生产效率。

随着单片机技术的快速发展，电子称重仪表被广泛的应用于定量包装称重、配料累加称重、减计量称重领域，但目前国内普通单机版称重控制器往往使用数码管来进行数据显示、发光二极管进行状态指示，微动按键或银浆导线式弹片按键进行操作控制，数据及信息显示不直观，操作繁琐；称重传感器的激励电源无精密基准电源设计，受温度影响称值漂移较大，计量精度不高；同时，控制器上未设置有通讯端口，无法实现上位机监控软件与单台或多台称重控制器的通讯连接进行状态或数据监控；并且现有的机壳大多是采用铁板钣金喷塑或不锈钢钣金拉丝制作，外观显低端且不美观，内部的硬件电路设计不是通用模块化设计，控制器类型过于繁杂。

实用新型内容：

本实用新型实施例提供了一种单秤高精度一体式称重显示控制器，结构设计合理，基于单片机控制器的集成控制作用，结合多类型的电气元器件，能够丰富称重显示控制器的功能、简化实际操作步骤，从而降低外部条件的干扰，提升计量精度；同时，能够与上位机进行通讯连接，进行信息数据上传和监控，简化了控制器的内部结构，改进了机壳的型材和外观，使称重显示控制器的整体性能得到优化和提升，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种单秤高精度一体式称重显示控制器，包括机壳，在机壳内设有主控板和内置继电器输出的IO板，在主控板内设有CPU处理模块，在CPU处理模块上连接有多个功能模块并进行信息参数采集处理和显示，所述多个功能模块包括显示操控模块、通讯模块、AD模块、开关量输出模块、开关量输入模块、基本电源模块和精密基准电源模块；所述通讯模块包括RS485通讯口和RS232通讯口，所述RS485通讯口用于CPU处理模块与上位机进行通讯连接，所述RS232通讯口用于CPU处理模块与显示操控模块进行通讯连接；所述AD模块用于采集称重传感器的信号并对此信号进行转换处理；所述开关量输出模块包括光电隔离型数字量输出电路芯片和开关量输出接点，所述开关量输入模块包括光电隔离型数字量输入电路芯片和开关量输入接点；所述基本电源模块用于为CPU处理模块提供稳定的输入电源，所述精密基准电源模块用于为称重传感器提供稳定的激励电源，以保证称重传感器为CPU处理模块提供稳定的输入信号。

所述CPU处理模块包括CPU处理器，所述CPU处理器的型号为STM32F103C8T6，其工作温度为-40℃-85℃。

所述AD模块包括AD转换器，所述AD转换器的型号为CS5530，其工作温度为-20℃-70摄氏度，在AD转换器外围搭配以高精度、低温漂电阻以及高精度滤波电容。

所述显示操控模块为触摸屏，所述触摸屏通过专用排线与CPU处理模块进行RS232通讯连接，在触摸屏上设置有多个汉字型操控按钮。

所述主控板通过焊接式双排针插座和双排插针与IO板插接。

所述机壳由前面板、后面板和型材框架组成，通过预留在型材框架内部的内丝螺纹使用螺钉进行整体连接。

所述数字量输出电路芯片的型号为TLP785，所述开关量输出接点最大数量为12个，均为内置继电器输出，6个为一组，使用独立的7线制插拔式螺钉型PCB专用接线端子；所述数字量输入电路芯片的型号为TLP521，所述开关量输入接点最大数量为8个，使用独立的9线制插拔式螺钉型PCB专用接线端子。

所述基本电源模块包括R型变压器和整流稳压电路，采用三路隔离结构，分别为AD模块电源、CPU处理模块电源和IO板电源。

所述精密基准电源模块包括精密基准电压源，所述精密基准电压源的型号为TL431。

所述机壳的型材为铝型材，在机壳内设有铝材插槽，所述机壳通过铝材插槽与主控板相连。

本实用新型采用上述结构，通过CPU处理模块来电气连接其余多个功能模块并进行信息参数采集处理和显示；通过通讯模块在CPU处理模块、上位机和显示操控模块之间建立通讯连接，以进行信息数据的传输和监控；通过AD模块来采集称重传感器的信号并对此信号进行转换处理；通过基本电源模块为CPU处理模块提供稳定的输入电源；通过精密基准电源模块为称重传感器提供稳定的激励电源，以保证称重传感器为CPU处理模块提供稳定的输入信号，具有精准高效、简便实用的优点。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的CPU处理器的电气原理图。

图3为本实用新型的基本电源模块的电气原理图。

图4为本实用新型的数字量输出电路芯片的电气原理图。

图5为本实用新型的精密基准电源模块的电气原理图。

图6为本实用新型的数字量输入电路芯片的电气原理图。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。

如图1-6中所示，一种单秤高精度一体式称重显示控制器，包括机壳，在机壳内设有主控板和内置继电器输出的IO板，在主控板内设有CPU处理模块，在CPU处理模块上连接有多个功能模块并进行信息参数采集处理和显示，所述多个功能模块包括显示操控模块、通讯模块、AD模块、开关量输出模块、开关量输入模块、基本电源模块和精密基准电源模块；所述通讯模块包括RS485通讯口和RS232通讯口，所述RS485通讯口用于CPU处理模块与上位机进行通讯连接，所述RS232通讯口用于CPU处理模块与显示操控模块进行通讯连接；所述AD模块用于采集称重传感器的信号并对此信号进行转换处理；所述开关量输出模块包括光电隔离型数字量输出电路芯片和开关量输出接点，所述开关量输入模块包括光电隔离型数字量输入电路芯片和开关量输入接点；所述基本电源模块用于为CPU处理模块提供稳定的输入电源，所述精密基准电源模块用于称重传感器提供稳定的激励电源，以保证称重传感器为CPU处理模块提供稳定的输入信号。

所述CPU处理模块包括CPU处理器，所述CPU处理器的型号为STM32F103C8T6，其工作温度为-40℃-85℃。

所述AD模块包括AD转换器，所述AD转换器的型号为CS5530，其工作温度为-20℃-70摄氏度，在AD转换器外围搭配以高精度、低温漂电阻以及高精度滤波电容。

所述显示操控模块为触摸屏，所述触摸屏通过专用排线与CPU处理模块进行RS232通讯连接，在触摸屏上设置有多个汉字型操控按钮。

所述主控板通过焊接式双排针插座和双排插针与IO板插接。

所述机壳由前面板、后面板和型材框架组成，通过预留在型材框架内部的内丝螺纹使用螺钉进行整体连接。

所述数字量输出电路芯片的型号为TLP785，所述开关量输出接点最大数量为12个，均为内置继电器输出，6个为一组，使用独立的7线制插拔式螺钉型PCB专用接线端子；所述数字量输入电路芯片的型号为TLP521，所述开关量输入接点最大数量为8个，使用独立的9线制插拔式螺钉型PCB专用接线端子。

所述基本电源模块包括R型变压器和整流稳压电路，采用三路隔离结构，分别为AD模块电源、CPU处理模块电源和IO板电源。

所述精密基准电源模块包括精密基准电压源，所述精密基准电压源的型号为TL431。

所述机壳的型材为铝型材，在机壳内设有铝材插槽，所述机壳通过铝材插槽与主控板相连。

本实用新型实施例中的一种单秤高精度一体式称重显示控制器的工作原理为：基于单片机控制器的集成控制作用，结合多类型的电气元器件，能够丰富称重显示控制器的功能、简化实际操作步骤，从而降低外部条件的干扰，提升计量精度；同时，能够与上位机进行通讯连接，进行信息数据上传和监控，简化了控制器的内部结构，改进了机壳的型材和外观，使称重显示控制器的整体性能得到优化和提升，应用场景广泛。

在整体方案中，主要包括机壳，在机壳内设有主控板和内置继电器输出的IO板，在主控板内设有CPU处理模块，在CPU处理模块上连接有多个功能模块并进行信息参数采集处理和显示，其中，功能模块包括显示操控模块、通讯模块、AD模块、开关量输出模块、开关量输入模块、基本电源模块和精密基准电源模块。

具体的，通讯模块包括RS485通讯口和RS232通讯口，RS485通讯口用于CPU处理模块与上位机进行通讯连接，实现设备运行状态与数据信息的实时监控，RS232通讯口用于CPU处理模块与显示操控模块进行通讯连接；AD模块用于采集称重传感器的信号并对此信号进行转换处理；开关量输出模块包括光电隔离型数字量输出电路芯片和开关量输出接点，开关量输入模块包括光电隔离型数字量输入电路芯片和开关量输入接点；基本电源模块用于为CPU处理模块提供稳定的输入电源，精密基准电源模块用于称重传感器提供稳定的激励电源，以保证称重传感器为CPU处理模块提供稳定的输入信号。

优选的，CPU处理模块负责整个称重显示控制器的电路控制、信息采集处理与显示，其与其他模块之间通过直连或隔离后进行电路连接；CPU处理器选用高速32位的ARM处理器，其型号为STM32F103C8T6，工作温度为-40℃-85℃，保证称重显示控制器的高速运算处理能力和耐高低温能力，高速的运算处理能力为称重显示控制器计量精度的提高提供很大帮助；进一步的，在CPU处理器内部可以提供“慢配点动配料”功能：在计量过程中，计量值即将达到设定值时，系统自动开启慢配点动配料功能，使用“慢配点动开启时间”与“慢配点动关闭时间”进行点动配料，直至达到设定值误差范围之内关闭计量门停止配料，从而可以大幅提高称重控制器的计量精度。

优选的，AD模块采用高性能的24位低温漂集成放大AD转换器，其型号为CS5530，工作温度-20℃-70℃，外围电路配以高精度、低温漂电阻以及高精度滤波电容，保证称重控制器在低温或高温状态时不会出现温漂；AD模块的路数为一路，与CPU处理器之间的电路连接为光耦隔离连接；AD信号与CPU处理器之间的隔离设计以及全铝型材机壳的使用，使称重控制器在遭受外界强电磁干扰时不会出现称值漂移的现象；AD信号的接入使用独立的5线制插拔式螺钉型PCB专用接线端子，接线简单，使用与检修方便快捷。

优选的，显示操控模块为触摸屏，使用专用排线与主控板CPU处理器进行RS232通讯连接；操控简单，所有操控按钮均以汉字型式直接设置在触摸屏上；为了保护触摸屏，常用的系统启动/停止,暂停/继续按钮可以使用普通电气按钮直接接入称重显示控制器的开关量输入点，实现触摸屏按钮与普通电气按钮的并行连锁控制；信息显示直观且全面：不仅可以实时显示系统的运行状态，还可以实时显示物料的设定值、完成值、计量误差值、已完成盘次、生产总重累加值以及系统日期、时间，最为主要的是可以实时以标红文字的形式显示每个故障点的报警信息，帮助操作人员或检修人员快速进行故障处理，提高工作效率。

优选的，开关量输出模块采用光电隔离型数字量输出电路芯片进行设计，并使用二极管对输出电路进行反向接入保护，避免接线错误时烧坏数字量输出电路芯片，内置继电器输出，设有压敏电阻对继电器输出接点辅以保护，可直接驱动DC24V或AC220V外部负载，并可以通过内置继电器常开点直接接入变频器，对变频器进行三速变频控制实现物料的精确计量；进一步的，称重控制器的开关量输出接点最大为12个，6个为一组，共计2组；使用独立的7线制插拔式螺钉型PCB专用接线端子，接线简单，使用与检修方便快捷；称重控制器具有开关量输出、输入测试功能，使用独立的触摸屏界面进行操控与直观显示，方便安装调试以及出现问题时检修人员能够快速准确的判断问题所在，提高工作效率；称重控制器具有开关量输出、输入通道调整功能，可以在某一路开关量输出、输入接点损坏时，快速启用备用通道，迅速恢复生产。

优选的，开关量输入模块采用光电隔离型数字量输入电路芯片进行设计，增加外围保护电路，防止错误接入高电压时烧坏字量输入电路芯片；称重控制器的开关量输入接点最大为8个，使用独立的9线制插拔式螺钉型PCB专用接线端子，接线简单，使用与检修方便快捷。

特别说明的是，基本电源模块由一台AC220V-R型变压器与整流稳压电路组成，且为三路隔离电源设计，分别为AD模块电源、CPU模块电源、IO模块电源；R型变压器具有无噪声、漏磁小、空载电流小、铁损低、过载波动低、效率高、内阻小、铜耗低、温升低、抗电强度高、阻燃性好、抗短路，耐雷电冲击性能好的优点，保证为称重显示控制器提供稳定可靠的输入电源。

对于精密基准电源模块，具有良好的热稳定性、动态响应速度快、输出噪声低、电压持续稳定且纹波低，可持续为称重传感器提供稳定的激励电源，从而保证称重传感器为称重显示控制器提供稳定的模拟量输入信号。

机壳采用铝型材，不仅可以大大屏蔽外界的电磁干扰信号，且通过铝材插槽与称重控制器的线路板接地部分进行良好连接，便于接地，从而起到更好的抗干扰效果，保证称值稳定不会发生漂移现象。

实际使用时，本称重显示控制器可以支持三种不同的生产模式，对应三种不同的计量称重设备，分别为：无计量斗定量包装模式，对应无计量斗定量包装设备；有计量斗定量包装模式，对应有计量斗定量包装设备；单物料定量称重模式，对应单物料定量称重设备；同时还能够支持三种不同的料门计量方式，第一种料门计量方式为：快配、中配、慢配三个计量动作同时输出，计量过程中根据检测到的快配关门提前量值、中配关门提前量值及落差值依次关闭快配、中配、慢配料门。

第二种料门计量方式为：首先输出快配计量动作，计量过程中检测到快配关门提前量值后、快配计量动作持续输出，“精计量延迟开启时间”结束后，慢配计量动作输出，计量完成后，快配与慢配计量动作同时关闭；

第三种料门计量方式为：首先开启快配计量动作，计量过程中检测到快配关门提前量值后，关闭快配计量动作；再开启中配计量动作，检测到中配关门提前量值后，关闭中配计量动作；“精计量延迟开启时间”结束后再开启慢配计量动作，计量完成后关闭慢配计量动作。

综上所述，本实用新型实施例中的一种单秤高精度一体式称重显示控制器基于单片机控制器的集成控制作用，结合多类型的电气元器件，能够丰富称重显示控制器的功能、简化实际操作步骤，从而降低外部条件的干扰，提升计量精度；同时，能够与上位机进行通讯连接，进行信息数据上传和监控，简化了控制器的内部结构，改进了机壳的型材和外观，使称重显示控制器的整体性能得到优化和提升，应用场景广泛。

上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种单秤高精度一体式称重显示控制器，其特征在于：包括机壳，在机壳内设有主控板和内置继电器输出的IO板，在主控板内设有CPU处理模块，在CPU处理模块上连接有多个功能模块并进行信息参数采集处理和显示，所述多个功能模块包括显示操控模块、通讯模块、AD模块、开关量输出模块、开关量输入模块、基本电源模块和精密基准电源模块；所述通讯模块包括RS485通讯口和RS232通讯口，所述RS485通讯口用于CPU处理模块与上位机进行通讯连接，所述RS232通讯口用于CPU处理模块与显示操控模块进行通讯连接；所述AD模块用于采集称重传感器的信号并对此信号进行转换处理；所述开关量输出模块包括光电隔离型数字量输出电路芯片和开关量输出接点，所述开关量输入模块包括光电隔离型数字量输入电路芯片和开关量输入接点；所述基本电源模块用于为CPU处理模块提供稳定的输入电源，所述精密基准电源模块用于称重传感器提供稳定的激励电源，以保证称重传感器为CPU处理模块提供稳定的输入信号。

2.根据权利要求1所述的一种单秤高精度一体式称重显示控制器，其特征在于：所述CPU处理模块包括CPU处理器，所述CPU处理器的型号为STM32F103C8T6，其工作温度为-40℃-85℃。

3.根据权利要求1所述的一种单秤高精度一体式称重显示控制器，其特征在于：所述AD模块包括AD转换器，所述AD转换器的型号为CS5530，其工作温度为-20℃-70摄氏度，在AD转换器外围搭配以高精度、低温漂电阻以及高精度滤波电容。

4.根据权利要求1所述的一种单秤高精度一体式称重显示控制器，其特征在于：所述显示操控模块为触摸屏，所述触摸屏通过专用排线与CPU处理模块进行RS232通讯连接，在触摸屏上设置有多个汉字型操控按钮。

5.根据权利要求1所述的一种单秤高精度一体式称重显示控制器，其特征在于：所述主控板通过焊接式双排针插座和双排插针与IO板插接。

6.根据权利要求1所述的一种单秤高精度一体式称重显示控制器，其特征在于：所述机壳由前面板、后面板和型材框架组成，通过预留在型材框架内部的内丝螺纹使用螺钉进行整体连接。

7.根据权利要求1所述的一种单秤高精度一体式称重显示控制器，其特征在于：所述数字量输出电路芯片的型号为TLP785，所述开关量输出接点最大数量为12个，均为内置继电器输出，6个为一组，使用独立的7线制插拔式螺钉型PCB专用接线端子；所述数字量输入电路芯片的型号为TLP521，所述开关量输入接点最大数量为8个，使用独立的9线制插拔式螺钉型PCB专用接线端子。

8.根据权利要求1所述的一种单秤高精度一体式称重显示控制器，其特征在于：所述基本电源模块包括R型变压器和整流稳压电路，采用三路隔离结构，分别为AD模块电源、CPU处理模块电源和IO板电源。

9.根据权利要求1所述的一种单秤高精度一体式称重显示控制器，其特征在于：所述精密基准电源模块包括精密基准电压源，所述精密基准电压源的型号为TL431。

10.根据权利要求1所述的一种单秤高精度一体式称重显示控制器，其特征在于：所述机壳的型材为铝型材，在机壳内设有铝材插槽，所述机壳通过铝材插槽与主控板相连。

Images